As regiões polares do Sol permanecem como uma das áreas menos exploradas na ciência solar. Observatórios espaciais e telescópios de solo nos forneceram imagens extraordinárias da superfície, da atmosfera e dos campos magnéticos do Sol, mas quase todas essas observações vêm do plano eclíptico — a zona estreita onde a Terra e a maioria dos outros planetas orbitam. Esse ângulo de visão limita o que os cientistas conseguem observar nos polos de alta latitude do Sol. No entanto, essas regiões são cruciais, pois seus campos magnéticos e atividade dinâmica ajudam a moldar o ciclo magnético solar e fornecem a massa e a energia que alimentam o vento solar rápido, influenciando o comportamento solar e guiando o clima espacial em todo o sistema solar.
Por que os Polos São Importantes
À primeira vista, os polos do Sol parecem calmos em comparação com as latitudes médias em torno de ±35°, onde manchas solares, flares solares e ejeções de massa coronal (CMEs) dominam. Mas as aparências enganam. Os campos magnéticos nos polos são vitais para o processo de dínamo global do Sol e podem atuar como “campos sementes” que moldam o próximo ciclo solar, definindo a estrutura magnética solar geral. Dados da sonda Ulysses mostraram que o vento solar rápido se origina principalmente de vastos buracos coronais próximos aos polos. Portanto, compreender essas regiões é fundamental para responder a três das perguntas mais importantes na física solar:
1. Como o dínamo solar opera e impulsiona o ciclo magnético?
O ciclo magnético do Sol é um padrão repetitivo que dura cerca de 11 anos, marcado por flutuações no número de manchas solares e uma completa reversão dos polos magnéticos do Sol. Esse processo é impulsionado por um complexo mecanismo de dínamo alimentado pelo movimento interno do Sol. A rotação diferencial produz atividade magnética, enquanto a circulação meridional transporta o fluxo magnético em direção aos polos. No entanto, décadas de estudos helioseismais revelaram informações conflitantes sobre como esses fluxos se comportam nas profundezas da zona de convecção. Algumas evidências apontam até para fluxos em direção ao polo na base da zona, desafiando as teorias tradicionais de dínamo. Observações em altas latitudes são necessárias para esclarecer esses padrões de fluxo interno e refinar os modelos existentes.
2. O que alimenta o vento solar rápido?
O vento solar rápido — um fluxo supersônico de partículas carregadas — se origina principalmente nos buracos coronais polares do Sol e preenche a maior parte do heliosfera, moldando as condições no espaço interplanetário. No entanto, os cientistas ainda não compreendem totalmente como ele se inicia. Ele emerge de plumas densas dentro dos buracos coronais ou das regiões mais difusas entre eles? Eventos de reconexão magnética, interações de ondas ou ambos são responsáveis por acelerar o fluxo? Somente a imagem direta dos polos e medições in situ podem resolver essas questões persistentes.
3. Como os eventos de clima espacial se espalham pelo sistema solar?
O clima espacial refere-se a alterações no vento solar e nas erupções solares que perturbam o ambiente espacial. Eventos extremos, como flares poderosos e CMEs, podem desencadear tempestades geomagnéticas e ionosféricas na Terra, criando auroras deslumbrantes, mas também ameaçando satélites, sistemas de comunicação e redes de energia. Para melhorar as previsões, os pesquisadores devem acompanhar como o material solar e as estruturas magnéticas evoluem ao longo do Sol e pelo espaço, não apenas da perspectiva limitada do plano orbital da Terra. Observar de fora da eclíptica forneceria uma visão crucial de cima para baixo, ajudando os cientistas a rastrear como as CMEs e outras perturbações viajam pelo sistema solar.
Esforços Passados
Os cientistas há muito reconhecem a importância das observações solares polares. A missão Ulysses, lançada em 1990, foi a primeira sonda a deixar o plano eclíptico e amostrar o vento solar sobre os polos. Seus instrumentos in situ confirmaram propriedades-chave do vento solar rápido, mas careciam de capacidade de imagem. Mais recentemente, a missão Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia tem se movido gradualmente para fora do plano eclíptico e deve alcançar latitudes em torno de 34° em alguns anos. Embora isso represente um progresso notável, ainda é muito aquém do ângulo necessário para uma verdadeira visão polar.
Uma série de conceitos de missão ambiciosos foram propostos ao longo das últimas décadas, incluindo o Solar Polar Imager (SPI), a Investigação POLAR do Sol (POLARIS), o Telescópio Solar em Órbita Polar (SPORT), a missão Solaris e a Missão Solar de Alta Inclinação (HISM). Alguns imaginaram usar propulsão avançada, como velas solares, para atingir altas inclinações. Outros dependiam de assistências gravitacionais para inclinar incrementos em suas órbitas. Cada uma dessas missões carregaria tanto instrumentos de sensoriamento remoto quanto in situ para capturar imagens dos polos do Sol e medir parâmetros físicos-chave acima deles.
A Missão SPO
O Observatório Solar em Órbita Polar (SPO) foi projetado especificamente para superar as limitações de missões passadas e atuais. Programado para lançamento em janeiro de 2029, o SPO usará uma assistência gravitacional de Júpiter (JGA) para desviar sua trajetória para fora do plano eclíptico. Após várias passagens próximas à Terra e um encontro cuidadosamente planejado com Júpiter, a sonda se estabelecerá em uma órbita de 1,5 ano com um periélio de cerca de 1 UA e uma inclinação de até 75°. Em sua missão estendida, o SPO poderá subir para 80°, oferecendo a visão mais direta dos polos já alcançada.
A duração de 15 anos da missão (incluindo um período de missão estendida de 7 anos) permitirá que ela cubra tanto o mínimo quanto o máximo solar, incluindo o período crucial em torno de 2035, quando o próximo máximo solar e a esperada reversão do campo magnético polar ocorrerão. Durante toda a duração, o SPO passará repetidamente por ambos os polos, com janelas de observação em alta latitude durando mais de 1000 dias.
A missão SPO visa avanços nas três questões científicas mencionadas acima. Para atender seus objetivos ambiciosos, o SPO levará um conjunto de vários instrumentos de sensoriamento remoto e in situ. Juntos, eles proporcionarão uma visão abrangente dos polos do Sol. Os instrumentos de sensoriamento remoto incluem o Imager Magnético e de Heliosseismologia (MHI) para medir campos magnéticos e fluxos de plasma na superfície, o Telescópio de Ultravioleta Extremo (EUT) e o Telescópio de Imagem de Raios-X (XIT) para capturar eventos dinâmicos na atmosfera superior solar, o CORonógrafo de luz visível (VISCOR) e o CORonógrafo de Ângulo Muito Grande (VLACOR) para rastrear a corona solar e os fluxos de vento solar até 45 raios solares (a 1 UA). O pacote in situ inclui um magnetômetro e detectores de partículas para amostrar o vento solar e o campo magnético interplanetário diretamente. Ao combinar essas observações, o SPO não só capturará imagens dos polos pela primeira vez, mas também os conectará aos fluxos de plasma e energia magnética que moldam o heliosfera.
O SPO não operará isoladamente. Espera-se que trabalhe em conjunto com uma crescente frota de missões solares. Estas incluem a missão STEREO, o satélite Hinode, o Observatório de Dinâmica Solar (SDO), o Espectrômetro de Imagens da Região de Interface (IRIS), o Observatório Solar Avançado em Órbita (ASO-S), a Solar Orbiter, a missão Aditya-L1, a missão PUNCH, bem como as próximas missões L5 (por exemplo, a missão Vigil da ESA e a missão LAVSO da China). Juntas, essas ferramentas formarão uma rede de observação sem precedentes. O ponto de vista polar do SPO fornecerá a peça que falta, permitindo uma cobertura quase global de 4π do Sol pela primeira vez na história da humanidade.
Perspectivas Futuras
O Sol é nossa estrela mais próxima, mas muito sobre ele ainda permanece desconhecido. A próxima missão do Observatório Solar em Órbita Polar (SPO) deve mudar isso, oferecendo aos cientistas uma visão sem precedentes das regiões polares do Sol. Essas áreas, que há muito estão ocultas de uma visão direta, em breve serão observadas em detalhes, proporcionando novas percepções sobre as forças que moldam nossa estrela e sustentam a vida na Terra.
A importância do SPO vai muito além da simples curiosidade científica. Ao melhorar o conhecimento do dínamo solar, a missão pode levar a previsões mais precisas do ciclo solar e, por sua vez, a previsões de clima espacial mais confiáveis. Compreender como o vento solar rápido se forma e se comporta também refinaria modelos do heliosfera, que são vitais para a engenharia de espaçonaves e a segurança dos astronautas. O mais significativo é que os avanços no rastreamento da atividade solar poderiam fortalecer nossa capacidade de proteger tecnologias críticas, incluindo satélites de navegação e comunicação, sistemas de aviação e redes de energia na Terra.
